La neutralidad de carbono es un objetivo importante en los esfuerzos de China para combatir la crisis climática. La implementación de la neutralidad de carbono requiere altos rendimientos de cultivos en ecosistemas agrícolas de regiones áridas. Sin embargo, las respuestas de los ecosistemas agrícolas a los cambios ambientales y sus efectos sobre la conversión e intensidad de las fuentes/sumideros de carbono dentro de las tierras agrícolas en regiones áridas siguen siendo poco claras, lo que limita la captura de carbono. En este estudio, utilizamos un conjunto de sistemas de covarianza de eddy para observar los flujos de carbono y agua en el algodón y el maíz de primavera, dos cultivos típicos en las regiones áridas del norte de Xinjiang en China. Se evaluaron el intercambio de carbono y agua y la eficiencia en el uso del agua (WUE) del algodón y el maíz de primavera durante todo el ciclo de crecimiento con respecto a los cambios en el medio ambiente. Nuestros resultados muestran que la capacidad de captura de carbono de los ecosistemas agrícolas en regiones áridas es innegable y está fuertemente influenciada por el crecimiento y desarrollo de las plantas. El maíz de primavera, como representante de las plantas C4, mostró una eficiencia de captura de carbono un 58.4% superior a la del algodón, una planta C3, y ambos alcanzaron su pico de eficiencia de captura de carbono en julio. A lo largo del período de crecimiento, la temperatura, la radiación neta de superficie y las diferencias de presión de vapor saturado (VPD) afectaron significativamente la capacidad de captura de carbono y la WUE de ambos cultivos. Las temperaturas óptimas pueden maximizar la eficiencia de captura de carbono del algodón y el maíz de primavera; para el algodón, son de 20-25 grados C, y para el maíz de primavera, de 22-27 grados C, respectivamente. Además, se recomienda que el maíz de primavera se coseche a finales de julio cuando cumpla con los estándares de cosecha para forraje y logre la máxima captura de carbono. Después, se deben plantar cultivos de invierno para maximizar el rendimiento y mejorar la capacidad de captura de carbono de las tierras agrícolas.